汽车车身设计 教学课件 作者 羊拯民 第八章　汽车车身结构的有限元计算方法.pptx

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1、第八章　汽车车身结构的有限元计算方法第一节　车身所受载荷第二节　车身结构分析和模型建立第三节　单元刚度矩阵的建立第四节　坐标变换第五节　结构的整体分析和整体刚度矩阵第六节　内力与应力计算第一节　车身所受载荷一、静载荷二、动载荷一、静载荷静载荷包括悬架上的空车载荷Gn和车身的有效载荷Ge。Gn=mng，mn是指由悬架的弹性元件所承受的那些部件，如车身、车架及固定在车身或车架上的所有总成和设备的质量。Ge＝meg，对于客车，me是指乘客及行李的质量；对于货车，是指货物和乘员的质量。二、动载荷1.对称垂直动载荷2.斜对称垂直动载荷3.纵向

2、动载荷4.侧向动载荷5.局部的集中载荷6.安全系数n二、动载荷二、动载荷图8-1　作用在车身上的力和力矩二、动载荷1.对称垂直动载荷图8-2　对称垂直载荷2.斜对称垂直动载荷图8-3　斜对称垂直动载荷2.斜对称垂直动载荷图8-4　单个轮胎遇到高度为h的凸起2.斜对称垂直动载荷表8-1　各类汽车所能克服的道路不平度的最大高度2.斜对称垂直动载荷3.纵向动载荷3.纵向动载荷图8-5　由于汽车制动引起的载荷3.纵向动载荷图8-6　车轮遇到障碍物时所受的力3.纵向动载荷图8-7　汽车转弯时产生的侧向力4.侧向动载荷5.局部的集中载荷在车身上

3、还作用有由于各总成和部件工作时所产生的附加载荷(如发动机、传动系的反转矩，转向器及减振器传来的力等)以及由于集中载荷作用线不通过杆件的弯曲中心(如悬架或车身附件的载荷)而使结构产生的局部扭转。6.安全系数n安全系数的选取应该使车身结构在上述组合载荷作用下不产生永久变形或损坏。车身结构的许用应力应以材料的屈服点σs为依据，一般取n=1.4~1.6。在靠近悬架装置点和发动机变速器安装点等载荷集中区域，n=1.5~2.0。第二节　车身结构分析和模型建立图8-8　蒙皮与骨架的连接方式第二节　车身结构分析和模型建立图8-9　客车车身有限元计算

4、模型第二节　车身结构分析和模型建立图8-10　边梁式车架的有限元计算模型第三节　单元刚度矩阵的建立一、平面刚架单元的单元刚度矩阵二、空间刚架的单元刚度矩阵三、开口薄壁空间梁单元约束扭转的刚度矩阵一、平面刚架单元的单元刚度矩阵图8-11　平面刚架单元一、平面刚架单元的单元刚度矩阵一、平面刚架单元的单元刚度矩阵一、平面刚架单元的单元刚度矩阵二、空间刚架的单元刚度矩阵二、空间刚架的单元刚度矩阵图8-12　梁单元二、空间刚架的单元刚度矩阵a.TIF三、开口薄壁空间梁单元约束扭转的刚度矩阵1.非圆截面薄壁杆件的扭转特点2.开口截面薄壁杆件约束

5、扭转时杆件上的内力与应力状态3.弯曲扭转双力矩和弯曲扭矩1.非圆截面薄壁杆件的扭转特点图8-13　薄壁杆件的约束扭转1.非圆截面薄壁杆件的扭转特点图8-14　非圆截面杆件受扭状况2.开口截面薄壁杆件约束扭转时杆件上的内力与应力状态1)如图8-15b所示，由自由扭转力矩Mk引起的切应力τk为2)如图8-15c所示，由剪力FQ引起的是附加应力τw，也称扇性切应力。3)图8-15d所示为由弯矩Mw引起的正应力σw。2.开口截面薄壁杆件约束扭转时杆件上的内力与应力状态图8-15　开口截面薄壁杆件扭转时杆件上的内力与应力3.弯曲扭转双力矩和弯

6、曲扭矩(1)约束扭转微分方程(2)开口薄壁梁单元约束扭转刚度矩阵(3)开口薄壁梁翘曲约束扭转计算(4)截面的几何特性参数计算　计算单元刚度矩阵时，经常使用的截面几何特性参数有Jy、Jz(弯曲惯性矩)；J(或J′，极惯性矩)；F(截面面积)；Jw(扇性惯性矩)等。(5)汽车车架的单元刚度矩阵　一般情况下可将车架视为同一平面上杆系的组合体，并认为每一杆单元中截面几何参数不变。3.弯曲扭转双力矩和弯曲扭矩图8-16　翼板中心的微小平面(2)开口薄壁梁单元约束扭转刚度矩阵图8-17　薄壁空间梁单元(2)开口薄壁梁单元约束扭转刚度矩阵(2)开

7、口薄壁梁单元约束扭转刚度矩阵图8-18　x＝０处≠0、θ′=0(2)开口薄壁梁单元约束扭转刚度矩阵(2)开口薄壁梁单元约束扭转刚度矩阵(2)开口薄壁梁单元约束扭转刚度矩阵(2)开口薄壁梁单元约束扭转刚度矩阵(2)开口薄壁梁单元约束扭转刚度矩阵2.TIF(3)开口薄壁梁翘曲约束扭转计算图8-19　受扭开口薄壁构件(3)开口薄壁梁翘曲约束扭转计算图8-20　复杂截面的简化(4)截面的几何特性参数计算(4)截面的几何特性参数计算(4)截面的几何特性参数计算图8-21　折线的计算简图(4)截面的几何特性参数计算图8-22　计算简图(5)

8、汽车车架的单元刚度矩阵图8-23　空间梁单元(5)汽车车架的单元刚度矩阵B.TIF第四节　坐标变换在用有限元方法解弹性结构的问题时，经常出现单元的局部坐标系Oxyz和整体坐标系Oxyz不一致。为了使以单元为基础进行计算的位移和力能统一